[發(fā)明專利]一種靈敏且穩(wěn)定的二維鈣鈦礦單晶X射線探測器及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010155195.2
• 申請日: 2020-03-09
• 公開（公告）號: CN111341913B
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 魏浩桐;李華洋;華樹成;楊柏;張松靈;劉彬
• 申請（專利權(quán)）人: 吉林大學
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/46;H01L51/48
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 劉世純;王恩遠

一種靈敏且穩(wěn)定的二維鈣鈦礦單晶X射線探測器及其制備方法，屬于X射線探測技術(shù)領(lǐng)域。探測器從下至上，由陽極、對氟苯乙胺碘化鉛鈣鈦礦單晶、電子傳輸層、空穴阻擋層和陰極組成，鈣鈦礦單晶為用于吸收X射線光子的活性材料。本發(fā)明通過引入超分子錨F原子，制備出熱穩(wěn)定性好，電阻率大，離子移動小的高質(zhì)量對氟苯乙胺碘化鉛鈣鈦礦單晶。該探測器制備成本低廉，耐高壓能力強，穩(wěn)定性好，對120keV的硬X射線響應(yīng)靈敏，可用于醫(yī)學CT成像。對23nGy_air s^?1 120keV劑量的硬X射線依然有數(shù)百皮安的電流信號輸出，展現(xiàn)出優(yōu)異的X射線成像能力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于X射線探測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種靈敏且穩(wěn)定的二維鈣鈦礦單晶X射線探測器及其制備方法。

背景技術(shù)

X射線在醫(yī)療CT成像、安全檢查、工業(yè)無損檢測、國防等眾多領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用，而X射線探測器是實現(xiàn)上述X射線應(yīng)用的核心技術(shù)之一。因此開發(fā)高靈敏、低檢測劑量和低成本的X射線探測器是X射線探測技術(shù)領(lǐng)域的一個重要研究方向。

二維鈣鈦礦材料由于具有半徑更大的有機陽離子，因此能夠有效減少離子移動現(xiàn)象，同時有機陽離子的導(dǎo)電性差，導(dǎo)致二維鈣鈦礦材料的電阻率增大，這使得基于該類材料的X射線探測器在外加偏壓作用下依然能夠保持較小的暗電流和較高的穩(wěn)定性。這有利于制備高穩(wěn)定性、高靈敏、低檢測下限的X射線探測器。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種靈敏且穩(wěn)定的二維鈣鈦礦單晶X射線探測器及其制備方法，該X射線探測器具有靈敏度高、X射線劑量檢測下限低、穩(wěn)定性好和成本低廉等優(yōu)點。

本發(fā)明所述的一種靈敏且穩(wěn)定的二維鈣鈦礦單晶X射線探測器，從下至上，由陽極、對氟苯乙胺碘化鉛((F-PEA)₂PbI₄)鈣鈦礦單晶、電子傳輸層、空穴阻擋層和陰極組成，對氟苯乙胺碘化鉛((F-PEA)₂PbI₄)鈣鈦礦單晶為用于吸收X射線光子的活性材料。

進一步地，所述電子傳輸層為購買的富勒烯(C₆₀)、[6,6]-苯基C₆₁丁酸甲酯(PC₆₁BM)中一種，厚度為20～40nm；

進一步地，所述空穴阻擋層為購買的2,9-二甲基-4,7-聯(lián)苯-1,10-鄰二氮雜菲(BCP)，厚度為8～14nm；

進一步地，所述陰極為金屬Cr，厚度為20～30nm；

進一步地，所述陽極為貴金屬Au，厚度為15～30nm；

所述的(F-PEA)₂PbI₄鈣鈦礦單晶采用溶液生長法制備，其步驟如下：

(a)將對氟苯乙胺(F-PEA)水溶液與氫碘酸水溶液按對氟苯乙胺與氫碘酸的摩爾比為1：1的比例在冰水中混合，攪拌20～60min，然后靜置5～20min；

(b)將步驟(a)得到的混合溶液旋轉(zhuǎn)蒸干，得到黃色粉末；將黃色粉末用乙醚清洗2～4次，然后加入乙醇將粉末再次溶解，最后將得到的乙醇溶液旋轉(zhuǎn)蒸干得到白色粉末F-PEAI；

(c)稱取摩爾比為1：2的PbI₂和F-PEAI分別加入到溶劑中，溶劑為γ-丁內(nèi)酯(GBL)或N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中的一種或兩種，PbI₂的濃度為0.80～0.90mol/L，然后將上述溶液在70～120℃條件下加熱、磁力攪拌直至完全溶解；

(d)將步驟(c)得到的溶液降溫至40～70℃，降溫速率控制在0.5～2℃/h，直至溶液中有晶體析出，然后恒溫生長1～3h；